【所屬領(lǐng)域】

光學應(yīng)用

【技術(shù)背景】

AR、VR技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了汽車駕駛、軍事、教育培訓、電子游戲、工業(yè)生產(chǎn)以及醫(yī)療診斷等國民生活中各個領(lǐng)域。而在汽車輔助駕駛領(lǐng)域，AR技術(shù)最為典型的應(yīng)用范例之一則是車載抬頭顯示系統(tǒng)。抬頭顯示系統(tǒng)（Head up display, HUD），也叫做平視顯示系統(tǒng)。車載抬頭顯示系統(tǒng)可以將行車的重要信息如行駛速度、導航信息等通過顯示系統(tǒng)投射到擋風玻璃上，再通過擋風玻璃反射給駕駛員，從而避免駕駛員在行車過程中頻繁低頭看儀表盤、導航儀或者車載屏幕等過程中造成的視野盲區(qū)。一般說來，儀表盤的形狀、信息顯示亮度、儀表顏色、顯示內(nèi)容理解難易程度、駕駛員心理、生理等因素都會對駕駛員的視認時間產(chǎn)生影響。對于抬頭顯示系統(tǒng)，需要駕駛員眼球在一定區(qū)域范圍內(nèi)移動時均能觀察到清晰的虛像，同時高像質(zhì)和緊湊的光學結(jié)構(gòu)也是抬頭顯示光學系統(tǒng)的設(shè)計要求。

【痛點問題】

傳統(tǒng)的車載抬頭顯示系統(tǒng)存在顏色單一、顯示視場小、字符清晰度差、對比度低、尺寸較大的問題，而現(xiàn)有技術(shù)研究基本都是整體單元設(shè)計或者電路模塊設(shè)計，而缺乏對其光學系統(tǒng)的研究。國外少量的相關(guān)雜質(zhì)上發(fā)表了車載抬頭顯示光學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是為了避免由于不同車型的擋風玻璃不同而需要分別單獨設(shè)計的問題，這些設(shè)計中，多半是將圖像源投影到一個附加的光學表面上，而不是投影到擋風玻璃上，這樣的設(shè)計結(jié)構(gòu)相比于直接投影至擋風玻璃的設(shè)計結(jié)構(gòu)會導致駕駛體驗和安全性均有所降低。

【成果介紹】

本成果提出一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小且像差校正良好的車載抬頭顯示光學系統(tǒng)，在汽車擋風玻璃前形成一個失真較小的虛像，以保證駕駛員能夠在行駛道路上看到清晰的圖像，從而消除駕駛員在路況和行車輔助信息之間眼球聚焦切換不同位置而造成的視覺盲區(qū)，提高駕駛員的駕駛體驗和安全性。其核心技術(shù)是一種自由曲面離軸三反設(shè)計結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用自由曲面反射鏡矯正像差，平面反射鏡折疊光路，同時自由曲面反射鏡、平面反射鏡與圖像源位于同一水平平面上使光學結(jié)構(gòu)緊湊、易于裝調(diào)。自由曲面由于其極高的設(shè)計自由度可以在保證系統(tǒng)成像質(zhì)量的同時保持光學系統(tǒng)的緊湊與輕量。

【性能指標】

實現(xiàn)了80mm×40mm超大光瞳范圍內(nèi)清晰成像。

【應(yīng)用領(lǐng)域】

汽車輔助駕駛